大學(xué)物理第八章第一節(jié)

穩(wěn)恒電流穩(wěn)恒磁場運動電荷穩(wěn)恒電場靜止電荷靜電場第八章恒定電流的磁場現(xiàn)代應(yīng)用:例如：計算機中的存儲材料即為磁性材料并且磁性材料的磁性越強，其存儲功能越好。3.5寸軟盤只讀光盤可擦寫光盤存貯功能的增加應(yīng)歸功于物理中對磁性材料的開發(fā)及其性質(zhì)的深入研究。所以在現(xiàn)代研究的前沿，磁學(xué)仍是一個需要精細(xì)研究的領(lǐng)域。U盤移動硬盤生活相關(guān)：灶具、交通§8-1恒定電流一、電流電流密度載流子：電荷的攜帶者，如自由電子（金屬導(dǎo)體）空穴（半導(dǎo)體)、正負(fù)離子（電解液）電流:

電荷的定向運動。電流形成條件

(導(dǎo)體內(nèi))：導(dǎo)體內(nèi)有可以自由運動的電荷；導(dǎo)體內(nèi)要維持一個電場。電流強度：單位時間通過導(dǎo)體某一橫截面的電量。方向：正電荷運動的方向，有方向的標(biāo)量。單位：A(安培。恒定電流：電流的大小和方向不隨時間而變化。電流強度I能否描述電流分布？如何維持該電流？幾種典型的電流分布粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體粗細(xì)不均勻的金屬導(dǎo)線半球形接地電極附近的電流幾種典型的電流分布電阻法勘探礦藏時的電流同軸電纜中的漏電流導(dǎo)體中不同部分電流分布不同，電流強度I

不能細(xì)致反映導(dǎo)體中各點電流分布。電流密度精確描述導(dǎo)體中電流分布情況，是空間位置的矢量函數(shù)。電流密度矢量定義：方向與該點正電荷運動方向一致；大小等于垂直于電流方向的單位面積的電流。電流強度與電流密度的關(guān)系為單位：Ａ／ｍ２二、電源的電動勢1、電源：外電路：電流從高電勢向低電勢運動。內(nèi)電路：正電荷將克服靜電場力作功，從低電勢向高電勢運動。

在回路中要出現(xiàn)穩(wěn)恒電流必須存在穩(wěn)恒電場。+++++AB+++++-----+電源電源：提供非靜電力的裝置非靜電場：非靜電力與試探電荷電量的比值2、電動勢電動勢：描寫電源內(nèi)非靜電力作功本領(lǐng)的物理量+++++AB+++++-----+電源定義：單位正電荷繞閉合路徑一周，電源中非靜電力所作的功。方向：由負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路到正極(由低電位指向高電位)單位：伏+++++AB+++++-----+電源太陽能電池美軍薄膜太陽能電池帳篷鋰電池電源（1）永磁體具有磁性，能吸引鐵、鈷、鎳等物質(zhì)。（2）永磁體具有磁極，分磁北極N和磁南極S。（3）磁極之間存在相互作用，同性相斥，異性相吸。永磁體的性質(zhì)：SN磁體的分類：天然、人工§8-2磁感應(yīng)強度一、基本磁現(xiàn)象SNNSNSNSNSNSNS磁單極？NS？地磁場在載流導(dǎo)線附近的小磁針會發(fā)生偏轉(zhuǎn)（1）1819-1820年間，奧斯特發(fā)現(xiàn)：INS結(jié)論：帶電導(dǎo)線會對周圍的磁性物質(zhì)有作用，使磁性物質(zhì)的磁極發(fā)生偏轉(zhuǎn)。（2）1820年安培發(fā)現(xiàn)：放在磁體附近的載流導(dǎo)線或線圈會受到力的作用而發(fā)生運動。SNI結(jié)論：磁性物體會對附近的帶電導(dǎo)線或者線圈有力的作用促使導(dǎo)線或者線圈發(fā)生運動。電流與電流之間也存在相互作用II++--II++--（3）隨后又相繼發(fā)現(xiàn)磁場對運動電荷有相應(yīng)的作用電子束S+N（4）近代的理論和實驗又發(fā)現(xiàn)

磁現(xiàn)象與電荷的運動有著密切的關(guān)系。運動電荷既能產(chǎn)生磁效應(yīng)，也能受磁力的作用。1822年，安培提出了關(guān)于物質(zhì)磁性的本質(zhì)假說：

一切磁現(xiàn)象的根源是電流的存在，磁性物質(zhì)的分子中存在著回路電流（稱為“分子電流”），每個分子電流相當(dāng)于一個小磁針（稱為“基元磁鐵”）。物質(zhì)的磁性決定于物質(zhì)中分子電流對外界磁效應(yīng)的總和。結(jié)論：磁感應(yīng)強度：

反映磁場性質(zhì)的物理量磁感應(yīng)強度的方向：小磁針在磁場中，其磁北極N的指向即為該處磁感應(yīng)強度的方向。二.磁感應(yīng)強度矢量（1）試探電荷q以同一速率v沿不同方向運動1、Fv3、電荷q沿磁場方向運動時，F(xiàn)=02、F大小隨v的方向變化4、電荷q垂直磁場方向運動時，F(xiàn)=Fmax（2）在垂直磁場方向改變速率v，改變試探電荷電量q。結(jié)論：不同位置上，F(xiàn)max/qv的量值不同，但在磁場中同一點，F(xiàn)max/qv為一恒量。結(jié)論：BFv定義磁感應(yīng)強度的大?。?/p>

磁感應(yīng)強度的方向一般可以由小磁針的磁北極N的指向表示。磁感應(yīng)強度的單位：“特斯拉”（T）“高斯”（G）BFv三、磁感應(yīng)線

磁感應(yīng)線也稱B線，它是為形象描繪磁場的空間分布而人為繪制出的一系列曲線。1、磁感應(yīng)線上任一點的切線方向，就是該點處磁感應(yīng)強度B的方向。2、垂直通過單位面積的磁感應(yīng)線條數(shù)等于該處磁感應(yīng)強度B的大小。條形磁鐵周圍的磁感應(yīng)線直線電流的磁感應(yīng)線I圓電流的磁感應(yīng)線I通電螺線管的磁感應(yīng)線II通電螺繞環(huán)的磁感應(yīng)線與電流套鏈閉合曲線互不相交方向與電流成右手螺旋關(guān)系I

IBB磁感應(yīng)線的特點：四、磁通量磁通量：通過磁場中某一曲面的磁感應(yīng)線條數(shù)。單位：“韋伯”（Wb）1、均勻磁場通過平面的通量計算dS2、非均勻磁場的通量計算以閉合曲面外法線方向為正當(dāng)，線穿出曲面當(dāng)，線穿進(jìn)曲面注意：磁通量的正負(fù)號問題！五、磁場中的高斯定理在磁場中通過任意閉合曲面的磁感應(yīng)強度通量等于零,說明磁場是“無源場”由于磁感應(yīng)線是無頭無尾的閉合曲線，故總通量為零1,如圖,在均勻磁場B中,有一半徑為R的圓面,其法線方向與B的方向的夾角為60度,則通過以該圓面為邊線的任意曲面S的磁通量為?RB2,已知磁場的,求通過一開口向Z軸正向半徑為R的半球殼的磁通量的大小為?(Wb)點電荷點電荷系(帶電體)元電流電流(載流體）

§8-3畢奧-薩伐爾定律I一、畢奧-薩伐爾定律dl電流元

1820年，畢奧和薩伐爾用實驗的方法證明：長直載流導(dǎo)線周圍的磁感應(yīng)強度與距離成反比與電流強度成正比。

拉普拉斯對此結(jié)果作了分析，提出了電流元產(chǎn)生磁場的關(guān)系式。Br畢奧-薩伐爾定律：真空中的磁導(dǎo)率：

o=410-7T·m·A-1

電流元在空間任一點P產(chǎn)生的磁感應(yīng)強度的大小與電流元成正比，與距離r的平方成反比，電流元到場點P的矢徑之間的夾角的正弦成正比。其方向與一致。P*

任意載流導(dǎo)線在點

P

處的磁感強度二、運動電荷的磁場Idl++++++IS設(shè)：n為單位體積里的電荷數(shù)單個電荷激發(fā)的磁場運動電荷的磁感應(yīng)強度公式：rr+-大?。悍较颍河沂致菪▌t兩種基本電流周圍的磁感應(yīng)強度的分布：載流直導(dǎo)線圓電流三、畢奧-薩伐爾定律的應(yīng)用1.直線電流在任意點P的磁場ABβ0dldl+PalId幾何簡化處理:（統(tǒng)一積分變量）ABβ0dldl+PalId注意：1、1，2角1指的是P0線與電流始端A的連線的夾角2指的是P0線與電流末端B的連線的夾角d+aoPAB2、1，2角的正負(fù)從P0旋轉(zhuǎn)到PA（或PB)旋轉(zhuǎn)方向與電流方向相同為正,相反為負(fù)。討論：1.當(dāng)直線電流為“無限長”時2.若導(dǎo)線為“半無限長”,其一端dpI12ABdPIAB2常見情況舉例：P①P②P⑤P③P⑦P⑧P④P⑥2.

圓電流軸線上任意點P的磁場xyθx由對稱性：dBxθ方向沿軸線向右與電流流向成右螺旋設(shè)：S=R2載流線圈的磁矩：I若有N匝討論:(1)圓心處(2)遠(yuǎn)離圓心處xyθxdBxθRIB20m=半圓或者一段圓弧在圓心的B？RP①RP②PR③RP④ABPR⑤PR⑥常見情況舉例：半徑為R的圓盤均勻帶電，電荷密度為。若該圓盤以角速度繞圓心o旋轉(zhuǎn)，求軸線上距圓心x處的磁感應(yīng)強度。解：RodrrRPxx例題1有：如何計算dI?有：代入：討論:(1)當(dāng)螺線管為無限長時：(此結(jié)果適用于整個螺線管內(nèi)部)(2)“